物理粵教版學(xué)案第二章第六節(jié)氣體狀態(tài)參量

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第六節(jié)氣體狀態(tài)參量1．了解氣體狀態(tài)三參量：體積、溫度與壓強(qiáng)的意義．2．了解氣體壓強(qiáng)的微觀解釋．3．會計算氣體的壓強(qiáng)．在研究大氣壓的時候，有一個問題曾使人們迷惑不解：在“大氣海洋”底層的物體(包括人體）,受到上方厚厚的大氣產(chǎn)生的壓強(qiáng)，這個壓強(qiáng)可能還不如一小瓶空氣產(chǎn)生的壓強(qiáng)大,這是為什么呢?提示：密閉的容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因主要是氣體分子頻繁碰撞容器壁產(chǎn)生的，而大氣壓強(qiáng)是由氣體的重力產(chǎn)生的,與氣體的厚度有關(guān)．1．氣體的體積（1)定義:氣體分子所能達(dá)到的空間，也就是氣體所充滿的容器的容積．(2）單位：1m3＝103L＝氣體的體積等于容器的容積,不等于所有氣體分子的體積之和．2．氣體的溫度（1）意義：溫度宏觀上表示物體的冷熱程度，在微觀上表示分子熱運(yùn)動的激烈程度，是分子平均動能的標(biāo)志．溫度高的物體，分子的平均動能大，但平均速率不一定大．(2)兩種溫標(biāo)①攝氏溫標(biāo)：規(guī)定1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰水共存的溫度為0_℃、水的沸點(diǎn)為100_℃,在0℃和100℃之間分成100等份，每一等份就是1_℃，這種表示溫度的方法就是攝氏溫標(biāo)．?dāng)z氏溫度用t表示．②熱力學(xué)溫標(biāo):熱力學(xué)溫標(biāo)是開爾文創(chuàng)立的,把－273.15℃作為熱力學(xué)溫標(biāo)的零點(diǎn)（叫絕對零度),熱力學(xué)溫度用T表示．熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系是T＝t＋273.15_K，可近似表示為T＝t＋273_K。思考：飛機(jī)在萬米高空中飛行時，艙外的氣壓低于機(jī)艙內(nèi)的氣壓,要使艙內(nèi)獲得新鮮空氣，必須使用空氣壓縮機(jī)把空氣從艙外壓進(jìn)艙內(nèi)．飛機(jī)上的空調(diào)的作用是什么?提示:在這個過程中，由于空氣壓縮機(jī)對氣體做功，必然使氣體的內(nèi)能增加，溫度上升。飛機(jī)上的空調(diào)不是使機(jī)艙內(nèi)的空氣升溫,而是降溫。3．氣體的壓強(qiáng)（1)意義：大量氣體分子頻繁地碰撞器壁，作用在器壁單位面積上的平均作用力就是氣體的壓強(qiáng)p＝eq\f（F，S）.(2）單位：國際單位制中的單位是“帕斯卡”，1Pa＝1N/m2，常用的單位還有：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm)和毫米汞柱（mmHg）,1atm＝1。013×105Pa＝760mmHg，1atm相當(dāng)于10_m高水柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)．（3)決定因素:氣體的壓強(qiáng)與氣體分子的平均動能和分子的密集程度有關(guān)．在微觀上影響氣體壓強(qiáng)的因素是氣體分子的平均動能，而不是平均速率．理想氣體的壓強(qiáng)與分子平均動能和單位體積內(nèi)的分子數(shù)的乘積成正比，即p＝eq\f（2nε，3），其中n是單位體積的分子數(shù)，ε是分子的平均動能．思考:夏日輪胎的氣壓最好比正常氣壓值低10%左右．長時間高速行車時，應(yīng)在行駛一段路程后，到陰涼處冷卻一下輪胎．午間酷熱時行車，應(yīng)適當(dāng)降低車速．此外，注意輪胎的承載能力,千萬別超載．你知道這是為什么嗎？提示：輪胎內(nèi)氣體壓強(qiáng)會隨溫度變化而變化．一、兩種溫標(biāo)的比較（1)熱力學(xué)溫度的零度叫絕對零度，即－273。15℃，它是低溫的極限，可以無限接近，但不能達(dá)到．（2）溫度計讀數(shù)時，視線應(yīng)與水銀（酒精）液面相平，要放入被測系統(tǒng)中與系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時再讀數(shù)，不要離開待測系統(tǒng)讀數(shù)．(體溫計因有特殊結(jié)構(gòu)，可離開待測系統(tǒng)后讀數(shù)）二、氣體壓強(qiáng)的計算1．靜止或勻速運(yùn)動系統(tǒng)中壓強(qiáng)的計算方法(1)參考液片法：選取假想的液體薄片(自身重力不計)為研究對象，分析液片兩側(cè)受力情況,建立受力平衡方程消去面積，得到液片兩側(cè)壓強(qiáng)相等，進(jìn)而求得氣體壓強(qiáng)．如圖甲所示,粗細(xì)均勻的U形管中封閉了一定質(zhì)量的氣體A，在其最低處取一液片B,由其兩側(cè)受力平衡可知（pA＋ph0)S＝(p0＋ph＋ph0)S即pA＝p0＋ph。甲（2)力平衡法:選與封閉氣體接觸的液柱（或活塞、汽缸）為研究對象進(jìn)行受力分析,由F合＝0列式求氣體壓強(qiáng)．（3)連通器原理：在連通器中，同一種液體（中間液體不間斷)的同一水平液面上的壓強(qiáng)相等，如甲圖中同一液面C、D處壓強(qiáng)相等，pA＝p0＋ph.2．容器加速運(yùn)動時封閉氣體壓強(qiáng)的計算當(dāng)容器加速運(yùn)動時,通常選與氣體相關(guān)聯(lián)的液柱、汽缸或活塞為研究對象進(jìn)行受力分析，然后由牛頓第二定律列方程，求出封閉氣體的壓強(qiáng)．如圖乙所示,當(dāng)豎直放置的玻璃管向上加速時,對液柱受力分析有乙pS－p0S－mg＝ma由以上分析可求出封閉氣體壓強(qiáng)．三、氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生原因是什么？決定因素又有哪些？1．產(chǎn)生原因大量做無規(guī)則熱運(yùn)動的分子對器壁頻繁、持續(xù)地碰撞產(chǎn)生氣體壓強(qiáng)．單個分子碰撞器壁的沖力是短暫的，但是大量分子頻繁地碰撞器壁，就對器壁產(chǎn)生持續(xù)、均勻的壓力．所以從分子動理論的觀點(diǎn)看來，氣體壓強(qiáng)就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力．2.決定氣體壓強(qiáng)大小的因素（1）微觀因素①氣體分子的密度:氣體分子密度(即單位體積內(nèi)氣體分子的數(shù)目)大，在單位時間內(nèi)，與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)就多．②氣體分子的平均動能：氣體的溫度高，氣體分子的平均動能就大，每個氣體分子與器壁的碰撞(可視作彈性碰撞)給器壁的沖力就大；從另一方面講，分子的平均速率大,在單位時間里器壁受氣體分子撞擊的次數(shù)就多,累計沖力就大．(2)宏觀因素①與溫度有關(guān)：在體積不變的情況下，溫度越高，氣體的平均動能越大，氣體的壓強(qiáng)越大．②與體積有關(guān)：在溫度不變的情況下，體積越小，氣體分子的密度越大，氣體的壓強(qiáng)越大．類型一熱力學(xué)溫度的含義【例題1】關(guān)于熱力學(xué)溫度和攝氏溫度，下列說法中正確的是()A．某物體攝氏溫度為10℃，即熱力學(xué)溫度為10KB．熱力學(xué)溫度升高1K等于攝氏溫度升高1℃C．?dāng)z氏溫度升高10℃，對應(yīng)熱力學(xué)溫度升高283。15KD．熱力學(xué)溫度和攝氏溫度的溫標(biāo)不同，兩者表示的溫度無法比較點(diǎn)撥：熱力學(xué)溫度與攝氏溫度在表示溫差時，1K＝1℃，而在表示溫度時卻不相等,即ΔT＝Δt，但T≠t.解析：熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系為T＝t＋273。15K，所以選項(xiàng)A錯誤;對于T＝t＋273。15K，有許多同學(xué)錯誤地認(rèn)為可變形為ΔT＝Δt＋273.15K，而選擇選項(xiàng)C，實(shí)際上ΔT＝T2－T1＝t2－t1＝Δt，即用攝氏溫度表示的溫差等于用熱力學(xué)溫度表示的溫差，所以選項(xiàng)B正確，C、D錯誤．答案：B題后反思:熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)是溫度的兩種不同的表示方法,對同一溫度來說，用不同的溫標(biāo)表示數(shù)值不同，這是因?yàn)樗鼈兞阒档倪x取不同,但兩種溫標(biāo)表示的溫差一定相同．要熟練掌握攝氏溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)的換算,兩種溫標(biāo)零起點(diǎn)不同，但每一度的大小是相同的．類型二從微觀角度分析狀態(tài)參量的變化【例題2】對于一定質(zhì)量的氣體，下列四個論述中正確的是（）A．當(dāng)分子熱運(yùn)動變劇烈時，壓強(qiáng)必增大B．當(dāng)分子熱運(yùn)動變劇烈時，壓強(qiáng)可以不變C．當(dāng)分子間平均距離變大時，壓強(qiáng)必變大D．當(dāng)分子間平均距離變大時,壓強(qiáng)必變小點(diǎn)撥：影響氣體壓強(qiáng)的是分子的平均動能和氣體的分子密度．解析：分子熱運(yùn)動變劇烈，表明氣體溫度升高，分子平均動能增大，但不知?dú)怏w的分子密度怎么變化，故壓強(qiáng)的變化趨勢不明確，選項(xiàng)A錯誤，B正確．分子的平均距離變大，表明氣體的分子密度變小，但因不知此時分子的平均動能怎么變，故氣體的壓強(qiáng)不知怎么變化，C、D項(xiàng)錯誤．答案：B觸類旁通：(1)若一定質(zhì)量的氣體體積不變，當(dāng)分子熱運(yùn)動變劇烈時，壓強(qiáng)如何變化?（2)若要保持一定質(zhì)量的氣體的壓強(qiáng)不變,當(dāng)分子間平均距離變大時，氣體的溫度如何變化？解析:（1）氣體的壓強(qiáng)是由分子的平均動能和單位體積內(nèi)的分子數(shù)共同決定的．一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)體積不變時，單位體積內(nèi)的分子數(shù)不變，分子熱運(yùn)動變劇烈時，分子的平均動能增大，則氣體的壓強(qiáng)變大．(2）一定質(zhì)量的氣體，分子間平均距離變大時，單位體積內(nèi)的分子數(shù)將變少，那么要保持氣體的壓強(qiáng)不變，氣體分子的平均動能必須變大，即氣體的溫度升高．答案：（1）變大（2）升高類型三氣體壓強(qiáng)的計算【例題3】如圖所示，粗細(xì)均勻的U形管的A端是封閉的，B端開口向上，兩管中水銀面的高度差h=20cm，外界大氣壓強(qiáng)為76cmHg.求A管中封閉氣體的壓強(qiáng)．點(diǎn)撥：因管粗細(xì)均勻，由于液體對壓強(qiáng)的傳遞，所以可利用p0=pA+ph求解．解析：由于液體的高度差引起兩部分氣體壓強(qiáng)不等，而液體處于平衡狀態(tài)的情況下，應(yīng)選一個無限薄的液片為研究對象，為研究方便，該液片最好選在最低的液面處，本題也可在B管的水銀面處選取,對于該液片由平衡條件有p0S=pAS+phS式中p0、pA、ph分別代表大氣壓強(qiáng)、A端氣體壓強(qiáng)和h高水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)．由上式可得p0=pA+phpA=p0－ph=56cmHg答案：56cmHg題后反思:氣體壓強(qiáng)的計算大多與力學(xué)知識相結(jié)合，求解時要以力學(xué)問題為主，利用力的平衡方程或牛頓第二運(yùn)動定律求出壓強(qiáng)．1(雙選)關(guān)于熱力學(xué)溫標(biāo)的正確說法有（）A．?dāng)z氏溫標(biāo)比熱力學(xué)溫標(biāo)更為科學(xué)B．熱力學(xué)溫標(biāo)的零度為－273.15℃，叫絕對零度（0K)C．氣體溫度趨近于絕對零度時,其體積為零D．在絕對零度附近氣體已液化，所以它的壓強(qiáng)不會為零解析：本題考查熱力學(xué)溫標(biāo)的性質(zhì)．熱力學(xué)溫標(biāo)在科學(xué)計算中特別體現(xiàn)在熱力學(xué)方程中,使方程更簡單、更科學(xué)，A項(xiàng)錯誤;B是熱力學(xué)溫標(biāo)的常識，B項(xiàng)正確；氣體趨近于絕對零度時早已液化，但有體積，故其壓強(qiáng)不為零，C項(xiàng)錯誤，D項(xiàng)正確．另外，熱力學(xué)溫標(biāo)中的絕對零度是低溫極限,在接近0K時，所有氣體都液化或凝固．答案：BD2關(guān)于熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的說法中正確的是（）A．?dāng)z氏溫度升高10℃，則熱力學(xué)溫度升高283KB．?dāng)z氏溫度升高10℃,則熱力學(xué)溫度升高10KC．隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，絕對零度是可以達(dá)到的D．?dāng)z氏溫標(biāo)的零度與熱力學(xué)溫標(biāo)的零度相同解析:攝氏溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)的零點(diǎn)不同，但溫差是相同的，在現(xiàn)有的理論知識中，絕對零度是低溫的極限，永遠(yuǎn)也達(dá)不到，故選項(xiàng)A、C、D錯誤．答案：B3（雙選）如圖所示，內(nèi)徑均勻、兩端開口的V形管，B管豎直插入水銀槽中,A支管有一段長為h的水銀柱保持靜止，下列說法中正確的是(）A．B管內(nèi)水銀面比管外水銀面高h(yuǎn)B．B管內(nèi)水銀面比管外水銀面高h(yuǎn)cosθC．B管內(nèi)水銀面比管外水銀面低hcosθD．管內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)比大氣壓強(qiáng)小hcosθ汞柱解析：A管內(nèi)水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)為hcosθ汞柱,因而其封閉氣體的壓強(qiáng)為p0－h(huán)cosθ汞柱，即封閉的氣體壓強(qiáng)比大氣壓強(qiáng)小hcosθ汞柱，故D項(xiàng)正確；而B管外水銀面的壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)p0,封閉氣體的壓強(qiáng)與B管中水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)之和為大氣壓強(qiáng)p0，因而B管內(nèi)水銀柱的高度為hcosθ，比管外水銀面高h(yuǎn)cosθ，故B項(xiàng)正確．對壓強(qiáng)的計算應(yīng)用液柱對應(yīng)的豎直高度．答案：BD4有一段12cm長的汞柱，在均勻玻璃管中封住一定質(zhì)量的氣體，若開口向上將玻璃管放置在傾角為30°的光滑斜面上,在下滑過程中被封氣體的壓強(qiáng)為（大氣壓強(qiáng)p0＝76cmHg）()A．76cmHgB．82cmHgC．88cmHgD．70cmHg解析：水銀柱所處的狀態(tài)不是平衡狀態(tài)，因此不能用平衡條件來處理，